(57)【要約】【課題】通路を流通する流体の流量を高精度で且つ安定して制御することにある。【解決手段】圧力流体入力ポート１２、圧力流体出力ポート１４、及び圧力センサポート１６を有し、複数の金属板の積層体からなるベース部１８と、前記ベース部１８内の第１通路３０を流通する圧力流体（ガス）の圧力を調圧する圧力制御部２０と、第２通路３４を流通する圧力流体の圧力を検出する圧力センサ７８と、前記圧力制御部２０によって調圧された圧力流体を所定量に絞る第１〜第３オリフィス４８ａ〜４８ｃを含むと共に、前記圧力流体出力ポート１４に向かって圧力流体が導出される第４〜第６通路３８、４０、４２をそれぞれ切り換える第１〜第３オン／オフ弁４６ａ〜４６ｃを有する流路切換部２２とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔又は未通孔からなる圧力流体の通路、圧力流体入力ポート、圧力流体出力ポート、及び圧力センサポートを有し、複数のプレートと前記プレートの間に弁体として機能するダイヤフラムとが一体的に積層して形成されたベース部と、
前記ベース部の側面に組み付けられ、前記通路を流通する圧力流体の圧力を調圧する圧力制御部と、
前記ベース部の側面に組み付けられて前記圧力センサポートと連通し、前記通路を流通する圧力流体の圧力を検出する圧力センサと、
前記ベース部の側面に組み付けられ、前記圧力制御部によって調圧された圧力流体を前記圧力流体出力ポート側に向かって流通させるため、前記圧力制御部と前記圧力流体出力ポートとが連通する通路を切り換える流路切換部と、
を備えることを特徴とする流量制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記圧力制御部には圧電／電歪素子を有する圧電／電歪アクチュエータが設けられ、前記ベース部には前記弁体が着座する着座部が形成され、前記圧電／電歪アクチュエータの駆動作用下に前記弁体と前記着座部との離間間隔が制御されることを特徴とする流量制御装置。
【請求項３】
請求項１記載の装置において、
前記圧力制御部にはソレノイド部に対する通電量に比例した電磁力によって弁ロッドを変位させるリニアソレノイドバルブが設けられ、前記ベース部には前記弁体が着座する着座部が形成され、前記リニアソレノイドバルブの駆動作用下に前記弁体と前記着座部との離間間隔が制御されることを特徴とする流量制御装置。
【請求項４】
請求項１記載の装置において、
前記流路切換部には、電磁弁の付勢／滅勢作用下に供給されるパイロット圧に基づいて変位するピストン及び前記ピストンと一体的に変位するピストンロッドを有するオン／オフ弁が設けられ、前記ベース部には前記弁体が着座する着座部が形成され、前記オン／オフ弁のオン／オフ動作によって圧力流体が流通する通路が開閉されることを特徴とする流量制御装置。
【請求項５】
請求項１記載の装置において、
前記ベース部の圧力流体出力ポートは、単数又は複数設けられることを特徴とする流量制御装置。
【請求項６】
貫通孔又は未通孔からなる圧力流体の通路、圧力流体入力ポート、圧力流体出力ポート、及び圧力センサポートを有し、複数のプレートと前記プレートの間に弁体として機能するダイヤフラムとが一体的に積層して形成されたベース部と、
前記ベース部の側面に組み付けられ、前記通路を流通する圧力流体の圧力を調圧する圧力制御部と、
前記ベース部の側面に組み付けられて前記圧力センサポートと連通し、前記通路を流通する圧力流体の圧力を検出する圧力センサと、
前記ベース部の側面に組み付けられ、前記圧力制御部によって調圧された圧力流体を所定の流量に制御するコントロール弁と前記コントロール弁を通過した圧力流体の圧力を検出する他の圧力センサと前記コントロール弁によって調圧された圧力流体を所定の流量に絞る絞り機構とを含み、前記圧力流体出力ポートに連通する通路を切り換え制御する流路切換制御部と、
を備えることを特徴とする流量制御装置。
【請求項７】
請求項６記載の装置において、
前記コントロール弁は、ソレノイド部に対する通電量に比例した電磁力によって弁ロッドを変位させるリニアソレノイドバルブからなることを特徴とする流量制御装置。
【請求項８】
請求項６記載の装置において、
前記コントロール弁は、給気弁及び排気弁として機能する一組の電磁弁からなることを特徴とする流量制御装置。
【請求項９】
請求項６記載の装置において、
前記コントロール弁は、熱膨張タイプのアクチュエータからなり、
前記熱膨張タイプのアクチュエータは、前記ダイヤフラムの上部側に液体が封入されたキャビティを設け、ヒータにより前記液体を加熱し該液体が膨張することにより前記ダイヤフラムを撓曲させることを特徴とする流量制御装置。
【請求項１０】
請求項９記載の装置において、
前記液体は、絶縁性及び不活性を有する液体からなることを特徴とする流量制御装置。
【請求項１１】
貫通孔又は未通孔からなる圧力流体の通路、圧力流体入力ポート、圧力流体出力ポート、及び圧力センサポートを有し、複数のプレートと前記プレートの間に弁体として機能するダイヤフラムとが一体的に積層して形成されたベース部と、
前記ベース部の側面に組み付けられ、前記通路を流通する圧力流体の圧力を調圧する圧力制御部と、
前記ベース部の側面に組み付けられ、前記通路を流通する圧力流体の流量を検出する流量センサと、
を備え、
前記ベース部を構成する複数のプレート中の中間プレートには、同径及び異径の複数の小孔からなり、通路を流通する圧力流体の流れを安定化させる整流機構が設けられることを特徴とする流量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力流体の流量を高精度に制御して安定した出力を得ることが可能な流量制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、貫通孔及び未通孔からなる流路を板面に対して垂直に形成した金属板を複数枚積層して構成された流体制御器が開示されている。
【０００３】
この流体制御器では、複数の金属板をプレス加工して貫通孔及び未通孔からなる流体干渉領域又は流路を形成し、それぞれの表面を砥粒加工した後、拡散接合又はろう接によって各金属板を積層接合することにより、高い寸法精度と幾何学的形状精度を有し、且つ、高い信頼性の接合部を持つ小型・高精度の流体素子を得ることができるとしている。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−３５５０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１に開示された流体制御器では機械的駆動部が何ら設けられていないため、前記流体制御器と前記流体制御器の上流側及び下流側に接続されるレギュレータ及びセンサ等の流体素子を用いて流体制御回路を構成した場合、前記流体制御器とレギュレータ及びセンサ等の流体素子とをマッチングさせる設定作業が必要となる。
【０００６】
また、前記レギュレータ及びセンサ等の流体素子と前記流体制御器とのマッチングの程度に対応して、出力として得られる流体流量の制御精度に影響を及ぼすという問題がある。
【０００７】
本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、通路を流通する流体流量を制御する圧力制御部及び流路切換部が積層体からなるベース部と一体的に設けられることにより、流体流量を高精度で且つ安定して制御することが可能な流量制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するために、本発明は、貫通孔又は未通孔からなる圧力流体の通路、圧力流体入力ポート、圧力流体出力ポート、及び圧力センサポートを有し、複数のプレートと前記プレートの間に弁体として機能するダイヤフラムとが一体的に積層して形成されたベース部と、
前記ベース部の側面に組み付けられ、前記通路を流通する圧力流体の圧力を調圧する圧力制御部と、
前記ベース部の側面に組み付けられて前記圧力センサポートと連通し、前記通路を流通する圧力流体の圧力を検出する圧力センサと、
前記ベース部の側面に組み付けられ、前記圧力制御部によって調圧された圧力流体を前記圧力流体出力ポート側に向かって流通させるため、前記圧力制御部と前記圧力流体出力ポートとが連通する通路を切り換える流路切換部と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
この場合、前記圧力制御部に圧電／電歪素子を有する圧電／電歪アクチュエータを設け、前記ベース部に前記弁体が着座する着座部を形成し、前記圧電／電歪アクチュエータの駆動作用下に前記弁体と前記着座部との離間間隔を調整することにより、ベース部内の通路を流通する圧力流体の圧力が所望の圧力に制御される。
【００１０】
一方、前記圧力制御部にソレノイド部に対する通電量に比例した電磁力によって弁ロッドを変位させるリニアソレノイドバルブを設け、前記ベース部に前記弁体が着座する着座部を形成するようにしてもよい。この場合、前記リニアソレノイドバルブの駆動作用下に前記弁体と前記着座部との離間間隔を調整することにより、ベース部内の通路を流通する圧力流体の圧力が所望の圧力に制御される。
【００１１】
さらに、前記流路切換部に、電磁弁の付勢／滅勢作用下に供給されるパイロット圧に基づいて変位するピストン及び前記ピストンと一体的に変位するピストンロッドを有するオン／オフ弁を設け、前記ベース部に前記弁体が着座する着座部を形成するとよい。この場合、前記オン／オフ弁のオン／オフ動作によって圧力流体が流通する通路が開閉され、圧力流体出力ポートに連通する所望の通路を切り換えることができる。
【００１２】
なお、前記ベース部に形成される圧力流体出力ポートは、単数又は複数設けられるとよい。複数の圧力流体出力ポートを設けることにより、例えば、半導体製造装置のチャンバ等に対して複数の方向から同時に圧力流体を均等に供給することができる。
【００１３】
また、本発明は、貫通孔又は未通孔からなる圧力流体の通路、圧力流体入力ポート、圧力流体出力ポート、及び圧力センサポートを有し、複数のプレートと前記プレートの間に弁体として機能するダイヤフラムとが一体的に積層して形成されたベース部と、
前記ベース部の側面に組み付けられ、前記通路を流通する圧力流体の圧力を調圧する圧力制御部と、
前記ベース部の側面に組み付けられて前記圧力センサポートと連通し、前記通路を流通する圧力流体の圧力を検出する圧力センサと、
前記ベース部の側面に組み付けられ、前記圧力制御部によって調圧された圧力流体を所定の流量に制御するコントロール弁と前記コントロール弁を通過した圧力流体の圧力を検出する他の圧力センサと前記コントロール弁によって調圧された圧力流体を所定の流量に絞る絞り機構とを含み、前記圧力流体出力ポートに連通する通路を切り換え制御する流路切換制御部と、
を備えることを特徴とする。
【００１４】
この場合、前記コントロール弁は、ソレノイド部に対する通電量に比例した電磁力によって弁ロッドを変位させるリニアソレノイドバルブ、あるいは、給気弁及び排気弁として機能する一組の電磁弁によって構成されるとよい。
【００１５】
あるいは、前記コントロール弁として、熱膨張タイプのアクチュエータを用い、前記熱膨張タイプのアクチュエータには、前記ダイヤフラムの上部側に液体が封入されたキャビティを設け、ヒータにより前記液体を加熱し該液体が膨張することにより前記ダイヤフラムを撓曲させるとよい。なお、前記液体は、絶縁性及び不活性を有する液体を用いると好適である。
【００１６】
さらに、本発明は、貫通孔又は未通孔からなる圧力流体の通路、圧力流体入力ポート、圧力流体出力ポート、及び圧力センサポートを有し、複数のプレートと前記プレートの間に弁体として機能するダイヤフラムとが一体的に積層して形成されたベース部と、
前記ベース部の側面に組み付けられ、前記通路を流通する圧力流体の圧力を調圧する圧力制御部と、
前記ベース部の側面に組み付けられ、前記通路を流通する圧力流体の流量を検出する流量センサと、
を備え、
前記ベース部を構成する複数のプレート中の中間プレートには、同径及び異径の複数の小孔からなり、通路を流通する圧力流体の流れを安定化させる整流機構が設けられることを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、積層体からなるベース部に前記ベース部内の通路を流通する圧力流体（例えば、ガス）の圧力を調圧する圧力制御部と、前記調圧された圧力流体の圧力を検出する圧力センサと、前記一定圧に調圧された圧力流体の通路を切り換える流路切換部とをそれぞれベース部と一体的に結合して設けることにより、従来技術のようなマッチング作業が不要となると共に、例えば、図示しないガス供給源の元圧が変動した場合であっても、高精度に圧力流体の流量が制御され、且つ安定した圧力流体の流量を出力することができる。
【発明の効果】
【００１８】
通路を流通する流体流量を制御する圧力制御部及び流路切換部が積層体からなるベース部と一体的に設けられることにより、流体流量を高精度で且つ安定して制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明に係る流量制御装置について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００２０】
図１及び図２において、参照符号１０は、本発明の第１の実施の形態に係る流量制御装置を示す。
【００２１】
この流量制御装置１０は、プレートとして機能する複数の金属板が一体的に積層接合され、下面に圧力流体入力ポート１２、圧力流体出力ポート１４及び圧力センサポート１６がそれぞれ形成された積層体からなるベース部１８と、前記ベース部１８の上面に設けられ、該ベース部１８内に形成された通路（後述する）を流通する圧力流体の圧力を制御する圧力制御部２０と、前記圧力制御部２０と隣接するベース部１８の上面に設けられ、圧力流体出力ポート１４に連通する通路を切り換える流路切換部２２とから構成される。
【００２２】
前記ベース部１８は、図３及び図４に示されるように、断面矩形状の複数の金属板からなる第１〜第５プレート２４ａ〜２４ｅと、前記第１プレート２４ａと第２プレート２４ｂとの間に介装され、可撓性を有する樹脂製の薄膜のダイヤフラムによって形成され前記圧力制御部２０及び前記流路切換部２２にそれぞれ共通して設けられた弁体２６とを有する。前記積層体を構成する前記第１〜第５プレート２４ａ〜２４ｅは、金属板に限定されるものではなく、例えば、セラミック材料又は樹脂材料によって形成してもよい。前記ダイヤフラムによって構成される弁体２６は、金属製材料又はゴム製材料によって形成してもよい。
【００２３】
この場合、前記ベース部１８には、貫通孔及び未通孔によって圧力流体が流通する複数の通路（後述する）が形成されると共に、環状突起部によって前記弁体２６が着座する着座部２８（２８ａ〜２８ｄ）が形成される。
【００２４】
前記通路は、ベース部１８の下面に形成された圧力流体入力ポート１２とベース部１８の上面に設けられた圧力制御部２０とを連通させ、積層された第２プレート２４ｂ〜第５プレート２４ｅを垂直方向に沿って貫通させる第１通路３０と、前記圧力制御部２０の弁体２６が着座部２８ａから離間しその間隙を通じて前記第１通路３０に連通すると共に、第３プレート２４ｃに形成された断面Ｔ字状の溝部３２を介して流路切換部２２に連通する第２通路３４と、前記第２通路３４の途中から垂直下方向に向かって延在し圧力センサポート１６に連通する第３通路３６と、前記第２通路３４の終端部から３方向に分岐する第４〜第６通路３８、４０、４２と、前記第４〜第６通路３８、４０、４２が合一されて圧力流体出力ポート１４に連通する第７通路４４とを有する。
【００２５】
なお、前記第４〜第６通路３８、４０、４２には、それぞれ、各通路を開閉して流路の切り換え動作を行う第１〜第３オン／オフ弁４６ａ〜４６ｃと、前記第１〜第３オン／オフ弁４６ａ〜４６ｃの下流側に設けられ、各通路を流通する圧力流体の流量を所定流量に絞る第１〜第３オリフィス４８ａ〜４８ｃとが設けられる（図２参照）。この場合、第１〜第３オリフィス４８ａ〜４８ｃは、絞り機構として機能するものである。
【００２６】
続いて、ベース部１８である積層体を構成する第１〜第５プレート２４ａ〜２４ｅの形状を以下、上から順に詳述する（図４参照）。
【００２７】
ベース部１８の上面に位置する第１プレート２４ａには、後述する圧電／電歪アクチュエータ又はリニアソレノイドバルブが接続される断面円形状の貫通する第１接続ポート５０ａと、第１〜第３オン／オフ弁４６ａ〜４６ｃがそれぞれ連結される断面円形状の貫通する第２〜第４接続ポート５０ｂ〜５０ｄが形成されている。
【００２８】
前記第１プレート２４ａの下面に積層された第２プレート２４ｂには、前記第１〜第４接続ポート５０ａ〜５０ｄの位置に対応して４個の円形状の凹部５２が形成される。前記第１プレート２４ａと第２プレート２４ｂとの間には、前述したようにシート状のダイヤフラムからなる弁体２６が介装され、前記円形状の凹部５２の中心には、前記弁体２６が着座する着座部２８として機能する環状突起部が形成され、また、前記環状突起部に隣接する部位には第２通路３４（第４〜第６通路３８、４０、４２）として機能する貫通孔が形成されている。
【００２９】
この場合、複数の環状突起部中、その一つは圧力制御部２０の弁体２６の着座部２８ａであり（隣接する貫通孔は第２通路３４）、残りの３つは、それぞれ、流路切換部２２を構成する第１〜第３オン／オフ弁４６ａ〜４６ｃの弁体２６の着座部２８ｂ〜２８ｄである（隣接する貫通孔はそれぞれ第４〜第６通路３８、４０、４２）。
【００３０】
前記第２プレート２４ｂの下面に積層される第３プレート２４ｃには、断面略Ｔ字状の溝部３２と、圧力流体入力ポート１２に連通し第１通路３０として機能する断面円形の小孔と、前記第１〜第３オン／オフ弁４６ａ〜４６ｃの着座部２８ｂ〜２８ｄを通過した圧力流体の流量を所定の流量に絞る第１〜第３オリフィス４８ａ〜４８ｃがそれぞれ設けられる。
【００３１】
なお、前記３つの第１〜第３オリフィス４８ａ〜４８ｃは、その有効断面積をそれぞれ同一に設定し、あるいはそれぞれが異なるように設定したいずれであってもよく、その有効断面積は予め既知のものとして図示しないコントローラに入力されているものとする。
【００３２】
前記第４プレート２４ｄには、圧力流体入力ポート１２に連通する第１通路３０として機能する断面円形の小孔と、圧力センサポート１６に連通する第３通路３６として機能する断面円形の小孔と、直線状の溝部に形成された第７通路４４とが、それぞれ設けられる。
【００３３】
前記第５プレート２４ｅには、一端部に近接する断面円形の小孔からなる圧力流体入力ポート１２と、中央部の断面円形状の孔部からなる圧力センサポート１６と、他端部に近接する断面円形状の小孔からなる単一の圧力流体出力ポート１４とが、それぞれ設けられる。
【００３４】
圧力制御部２０は、コントロール弁２１と、後述する圧力センサ７８とからなる（図２参照）。前記コントロール弁２１は、図１に示されるように、前記ベース部１８の第１プレート２４ａの円形状の孔部に装着されるハウジング５４と、焼結されたセラミック圧電／電歪材料の積層体からなり、外部に露呈する端子部５５を通じて所定の電圧を印加することによって発生する圧電／電歪効果に起因して変位する、例えば、ピエゾ等の圧電／電歪素子５６と、前記圧電／電歪素子５６の端部に連結される連結部材５８と、非導電性材料によって形成され前記圧電／電歪素子５６を保持する保持部材６０とを備える。
【００３５】
なお、前記圧電／電歪素子５６に連結された連結部材５８の先端部は弁体２６として機能するダイヤフラムに当接した状態にあり、前記圧電／電歪素子５６が変位することにより、前記弁体２６と着座部２８ａとの間の離間距離（間隙）が制御される。
【００３６】
なお、前記圧力制御部２０のコントロール弁２１の構成としては、前記圧電／電歪素子５６を有する圧電／電歪アクチュエータに限定されるものではなく、図７に示されるように、ソレノイド部５９に対する通電量に比例した電磁力を発生させ、前記電磁力によってばね部材のばね力６１に抗して弁ロッド６２を変位させるリニアソレノイドバルブ６４を設けてもよい。
【００３７】
流路切換部２２は、図５及び図６に示されるように、前記ベース部１８の第１プレート２４ａの他の円形状の孔部に装着される複数のハウジング６６ａ〜６６ｃと、各ハウジング６６ａ〜６６ｃ内のシリンダ室６８に収装され前記シリンダ室６８に供給されたパイロット圧の押圧力によって変位可能に設けられたピストン７０と、前記ピストン７０に連結されて該ピストン７０と一体的に変位するピストンロッド７２と、前記ピストンロッド７２に係着さればね力によって該ピストンロッド７２を常時、下方側に向かって押圧することにより弁体２６が着座部２８ｂ〜２８ｄに着座するように付勢するばね部材７４とを備える第１〜第３オン／オフ弁４６ａ〜４６ｃを含む。
【００３８】
なお、前記ピストン７０の外周面には環状溝を介して第１シール部材７５ａが装着され、前記ピストンロッド７２が挿通するハウジング６６ａ〜６６ｃの貫通孔の内壁には環状溝を介して該ピストンロッド７２を囲繞する第２シール部材７５ｂが装着されている（図５及び図６参照）。
【００３９】
さらに、前記流路切換部２２には、ノーマルクローズタイプからなり、図示しないソレノイド部に対する通電作用下にオン状態となって前記シリンダ室６８に対してパイロッド圧を供給する電磁弁７６が付設されている。
【００４０】
従って、前記電磁弁７６の図示しないソレノイド部に対して電流が供給されないオフ状態のときには、シリンダ室６８に対するパイロット圧の供給が停止されており、前記ばね部材７４のばね力によってピストンロッド７２の先端部がダイヤフラムからなる弁体２６を着座部２８ｂ〜２８ｄに向かって押圧していることにより、第１〜第３オン／オフ弁４６ａ〜４６ｃが弁閉状態にある。
【００４１】
一方、前記電磁弁７６の図示しないソレノイド部に対して通電することによりシリンダ室６８にパイロッド圧が供給され、前記パイロット圧の圧力作用によってピストン７０が上昇する。この場合、ばね部材７４のばね力に抗してピストンロッド７２が前記ピストン７０と一体的に上昇することにより、ダイヤフラムからなる弁体２６が着座部２８ｂ〜２８ｄから離間して第１〜第３オン／オフ弁４６ａ〜４６ｃが弁開状態となる。
【００４２】
なお、前記流路切換部２２の構成としては、前記電磁弁７６を駆動させてパイロット圧を導入するパイロットタイプに限定されるものではなく、図８及び図９に示されるように、ソレノイド部５９に対する通電量に比例した電磁力を発生させ、前記電磁力によって弁ロッド６２を変位させるリニアソレノイドバルブ６４を設けてもよい。
【００４３】
図１に示されるように、ベース部１８の下面の中央部に形成された圧力センサポート１６には、圧力センサ７８が装着され、前記圧力センサポート１６から導入された圧力流体の圧力が前記圧力センサ７８によって検知される。前記圧力センサ７８によって検知された圧力流体の圧力は、第１〜第３オリフィス４８ａ〜４８ｃの上流側に位置する第２通路３４の圧力であって、前記圧力センサ７８によって検知された検出信号が図示しないコントローラに導出される。
【００４４】
図示しない前記コントローラでは、前記圧力センサ７８から出力された検出信号と予め入力されていた第１〜第３オリフィス４８ａ〜４８ｃの各有効断面積に係るデータに基づいて演算処理を行うことにより、圧力流体出力ポート１４から導出される圧力流体の流量を高精度に求めることができる。
【００４５】
本発明の第１の実施の形態に係る流量制御装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。
【００４６】
第１の実施の形態に係る流量制御装置１０は、図１０に示されるように、例えば、半導体製造装置に設けられたチャンバ８０の上流側に配置され、前記チャンバ８０内に所定流量のガスを供給するために使用される。
【００４７】
ガス供給源８２を付勢し、圧力流体入力ポート１２及び第１通路３０を介して圧力制御部２０にガスが導入される。この場合、圧力制御部２０では、図示しないコントローラから導出される制御信号に基づき圧電／電歪素子５６に対して所定の印可電圧を付与し前記圧電／電歪素子５６が所定長だけ変位することにより、ダイヤフラムからなる弁体２６と着座部２８ａとの間の間隙が調整され、前記間隙を通過するガスの圧力が一定に保持される。
【００４８】
なお、前記圧力制御部２０で調圧されたガスは、第２通路３４の途中から分岐する第３通路３６及び圧力センサポート１６を介して圧力センサ７８に導入され、前記圧力センサ７８から導出される検出信号を介して図示しないコントローラにガスの圧力値が入力がされる。
【００４９】
このようにして圧力制御部２０で調圧されたガスは、第２通路３４を介して流路切換部２２に導入され、前記流路切換部２２を構成する第１〜第３オン／オフ弁４６ａ〜４６ｃの中で電磁弁７６に対する通電作用下に通路が開成された単数又は複数のいずれかのオン／オフ弁４６ａ（４６ｂ、４６ｃ）を通過し、さらに、下流側のオリフィス４８ａ（４８ｂ、４８ｃ）によって所定の流量に絞れた後、第７通路４４を経由して圧力流体出力ポート１４から導出される。
【００５０】
その際、前記流路切換部２２では、図示しないコントローラの制御信号が電磁弁７６に供給されて所定の電磁弁７６が付勢されることにより、シリンダ室６８にパイロット圧が導入される。前記パイロット圧の作用下にピストン７０及びピストンロッド７２が上昇し、ダイヤフラムからなる弁体２６が着座部２８ｂ〜２８ｄから離間して第１〜第３オン／オフ弁４６ａ〜４６ｃのいずれか（単数又は複数のオン／オフ弁のいずれであってもよい）がオン状態となることにより、第４〜第６通路３８、４０、４２の中の所望の通路が開成される。このように第１〜第３オン／オフ弁４６ａ〜４６ｃのいずれかのオン／オフ弁を電磁弁７６によってオフ状態からオン状態に付勢することにより、第４〜第６通路３８、４０、４２中のいずれかからガスを出力するための通路を切り換えることができる。
【００５１】
前述したように、圧力制御部２０によって流通するガスの圧力が所定圧に保持された場合、ガスが通過する第１〜第３オリフィス４８ａ〜４８ｃの有効断面積によって圧力流体出力ポート１４から導出されるガスの流量が図示しないコントローラによって演算される。
【００５２】
前記圧力流体出力ポート１４から導出されたガスは、半導体製造装置に設けられたチャンバ８０内に供給される。
【００５３】
本実施の形態では、積層体からなるベース部１８の上面に前記ベース部１８の通路を流通する圧力流体（例えば、ガス）の圧力を調圧する圧力制御部２０と、前記調圧された圧力流体の圧力を検出する圧力センサ７８と、前記一定圧に調圧された圧力流体の流路を切り換える流路切換部２２とをそれぞれ一体的に結合して設けることにより、従来技術のようなマッチング作業が不要となると共に、例えば、ガス供給源８２の元圧が変動した場合であっても、高精度に圧力流体の流量が制御され、且つ安定した圧力流体の流量を出力することができる。
【００５４】
なお、図１１〜図１３に示されるように、第１〜第３オリフィス４８ａ〜４８ｃを通過した後、合一の通路として合流させ単一の圧力流体出力ポート１４から出力させることがなく、出力をそれぞれパラレルに分岐させて、複数の圧力流体出力ポート１４ａ〜１４ｃから同時に又は選択された単数あるいは複数の圧力流体出力ポートから出力させる流量制御装置１０ａを構成してもよい。
【００５５】
図１１に示されるように、複数の圧力流体出力ポート１４ａ〜１４ｃから所定流量のガスを同時に出力させる場合、チャンバ８０内の３方向から同時にガスが供給されるため、チャンバ８０内にガスを均等に供給することができる利点がある。また、前記チャンバ８０が、例えば、図示しない隔壁によって３室に分離されている場合、前記分離された３室に同時にガスを供給することができる利点がある。
【００５６】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る流量制御装置１００を図１４に示す。なお、以下に示す実施の形態では、前記実施の形態と同一の構成要素に同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００５７】
図１４に示される第２の実施の形態に係る流量制御装置１００では、流路切換部２２に代替して流路切換制御部１０２が配設され、この流路切換制御部１０２では、第１〜第３オン／オフ弁４６ａ〜４６ｃに代替して、例えば、コントロール弁２１ａ〜２１ｃとして前述したリニアソレノイドバルブ６４を用い、前記リニアソレノイドバルブ６４と第１〜第３オリフィス４８ａ〜４８ｃとの間に他の圧力センサ７８ａ〜７８ｃがそれぞれ設けられている点で前記実施の形態と相違している。
【００５８】
この場合、前記他の圧力センサ７８ａ〜７８ｃは、積層体からなるベース部１８の下部に設けられ、第４〜第６通路３８、４０、４２にそれぞれ連通する垂直方向の図示しない通路を介して導入されるガスの圧力を検知するものであり、前記他の圧力センサ７８ａ〜７８ｃからの圧力値に対応する検出信号と第１〜第３オリフィス４８ａ〜４８ｃの有効断面積とによって所定流量が設定される。
【００５９】
なお、上流側の圧力制御部２０に設けられた圧力センサ７８によって基準圧力を検出し、流路切換制御部１０２に設けられた他の圧力センサ７８ａ〜７８ｃによって前記基準圧力の近傍の圧力を精度良く検出するようにしてもよい。
【００６０】
図１５は、前記第２の実施の形態に係る流量制御装置１００の単数の圧力流体出力ポート１４を、３つの圧力流体出力ポート１４ａ〜１４ｃにそれぞれパラレルに分岐させた変形例に係る流量制御装置１００ａを示したものであり、その他の構成乃至作用効果は同一であるため、その詳細な説明を省略する。
【００６１】
次に、第３の実施の形態に係る流量制御装置２００を図１６に示す。この第３の実施の形態に係る流量制御装置２００では、給気弁と排気弁とからなる２つの電磁弁（オン／オフ弁）２０２ａ、２０２ｂをそれぞれオン／オフ動作させてコントロール弁として機能させる点に特徴がある。
【００６２】
すなわち、図示しないコントローラから導出される制御信号（パルス信号）に基づいて給気弁と排気弁として機能する２つの電磁弁２０２ａ、２０２ｂをそれぞれオン／オフ動作させてダイヤフラムが配置された上部側の空間部２０４に供給されるパイロット圧を制御することにより、弁体２６（ダイヤフラム）と着座部２８ａとの間の離間距離である弁開度が高精度に制御される。
【００６３】
図１７は、前記２つの電磁弁２０２ａ、２０２ｂに代替して、熱膨張タイプのアクチュエータを搭載した変形例に係る流量制御装置２００ａを示す。
【００６４】
この流量制御装置２００ａでは、弁体２６として機能するダイヤフラムの上部側に液体２１０が封入されたキャビティ２１２を設け、リード線２１４が接続された電極２１６を介して通電されたヒータ２１８によって前記液体２１０を加熱して該液体２１０が膨張することによりダイヤフラムを撓曲させて弁開度を高精度に制御するものである。
【００６５】
なお、前記液体２１０としては、例えば、フロリナート（登録商標）等の絶縁性及び不活性を有する液体が使用されるとよい。電極２１６との間で絶縁性が保持されると共に、前記電極２１６が腐食されることを防止することができるからである。
【００６６】
次に、第４の実施の形態に係る流量制御装置３００を図１８に示す。この第４の実施の形態に係る流量制御装置３００では、図１に示す流量制御装置１０の圧力センサ７８に代替して、絞りとして機能するオリフィス３０２の前後の差圧を検知する差圧センサ３０４を配置し、前記差圧センサ３０４によって検知された差圧に基づいて流量を検出する点に特徴がある。
【００６７】
なお、図１９は、第１〜第５プレート２４ａ、２４ｂ、３０６ｃ〜３０６ｅが積層されて構成されるベース部３０８を示し、最下層の第５プレート３０６ｅには差圧センサ３０４の複数の取付ポート３０９ａ、３０９ｂが設けられる。
【００６８】
前記差圧センサ３０４は、図２０に示されるように、第１受圧ダイヤフラム３１０及び第２受圧ダイヤフラム３１２と、前記第１受圧ダイヤフラム３１０と前記第２受圧ダイヤフラム３１２との間に相互に対向して配置された一組の電極３１４ａ、３１４ｂと、前記一組の電極３１４ａ、３１４ｂの間に配置されて可撓性を有する中間ダイヤフラム（中間電極）３１６とを有する。なお、前記第１受圧ダイヤフラム３１０と前記第２受圧ダイヤフラム３１２によって閉塞された空間部３１８内にはシリコーンオイル３２０が封入される。
【００６９】
この場合、オリフィス３０２の上流側に連通する通路３２２を介して導入された圧力流体の圧力Ａが第１受圧ダイヤフラム３１０に作用し、一方、オリフィス３０２の下流側に連通する通路３２４を介して導入された圧力流体の圧力Ｂが第２受圧ダイヤフラム３１２に作用する。
【００７０】
そして、前記圧力Ａが前記圧力Ｂと比較して高い場合（圧力Ａ＞Ｂ）、中間ダイヤフラム３１６は、図２１の破線で示されるようにその差圧分だけ第２受圧ダイヤフラム３１２側に撓曲し、中間電極として機能する中間ダイヤフラム３１６と一組の対向する電極３１４ａ、３１４ｂとの位置関係が変化し、前記一組の電極３１４ａ、３１４ｂ間の静電容量が変化する。この静電容量の変化を出力端子３２６ａ、３２６ｂから差圧信号として導出することができる。
【００７１】
次に、第５の実施の形態に係る流量制御装置４００を図２２に示す。この第５の実施の形態に係る流量制御装置４００では、図１に示す流量制御装置１０の圧力センサ７８に代替して、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術によってシリコンチップ上に設けられた熱線の温度変化に基づいて流量を検出する流量センサ４０２を配設した点に特徴がある。
【００７２】
さらに、図２３は、第１〜第５プレート４０３ａ〜４０３ｅが積層されて構成されるベース部を示し、中間の第３プレートには、同径及び異径の複数の小孔４０６からなり（図２４参照）、前記流量センサ４０２において安定信号を得るために、通路を流通する圧力流体（ガス）流れを安定化させる整流機構４０４が設けられる。また、最下層の第５プレート４０３ｅには、センサ取付ポート４０５が設けられる。
【００７３】
例えば、図２５に示されるように、弁体２６を通過したガスは、断面直角状又はある角度で折曲する流路を経由して流量センサ４０２へと流入するが、前記流路が曲がり部４０８で流速分布が不均一となり、流量センサ４０２が取り付けられた配管部分にまでその影響が及び、流量の検出精度が劣化するおそれがある。その対策として、前記流路の曲がり部４０８から流量センサ４０２まで直管部分の長さをとり、流速分布の安定を図ることが考えられるが製品の大型化するという問題がある。
【００７４】
そこで、製品を小型化するために、図２６に示されるように、流量センサ４０２を流路の曲がり部４０８と比較的近接する位置に配置するために複数の小孔４０６からなる整流機構４０４を前記曲がり部４０８に近接する上流側に設けるとよい。この整流機構４０４は、流路の曲がり部８を通過した後も流速分布が安定するように、形状寸法、配置が考慮された流路抵抗となる。整流機構４０４における流路抵抗は、管路内の流速分布を変化させるために設けられるものであり、整流機構４０４全体としての圧力損失を極力小さくすることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る流量制御装置の軸線方向に沿った縦断面図である。
【図２】図１に示す流量制御装置の回路構成図である。
【図３】図１に示す流量制御装置を構成するベース部の斜視図である。
【図４】図３に示すベース部の分解斜視図である。
【図５】図１に示す流量制御装置を構成する流路切換部の拡大縦断面図である。
【図６】図５に示す流路切換部の弁体が変位した状態を示す拡大縦断面図である。
【図７】圧力制御部にリニアソレノイドバルブを設けた他の例の縦断面図である。
【図８】流路切換部にリニアソレノイドバルブを設けた他の例の縦断面図である。
【図９】圧力制御部及び流路切換部にそれぞれリニアソレノイドバルブを設けた他の例の縦断面図である。
【図１０】図１に示す流量制御装置が半導体製造装置のチャンバに接続されたブロック図である。
【図１１】図１に示す流量制御装置の圧力流体出力ポートが複数に分岐してチャンバに接続されたブロック図である。
【図１２】図１１に示す流量制御装置の回路構成図である。
【図１３】図１１に示す流量制御装置を構成するベース部の分解斜視図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態に係る流量制御装置の回路構成図である。
【図１５】図１４に示す流量制御装置の圧力流体出力ポートが複数に分岐された回路構成図である。
【図１６】本発明の第３の実施の形態に係る流量制御装置の軸線方向に沿った縦断面図である。
【図１７】図１６の流量制御装置の変形例を示す縦断面図である。
【図１８】本発明の第４の実施の形態に係る流量制御装置の軸線方向に沿った縦断面図である。
【図１９】図１８に示すベース部の分解斜視図である。
【図２０】図１８に示す差圧センサの部分拡大縦断面図である。
【図２１】図２０の差圧センサの動作原理を示す概略構造図である。
【図２２】本発明の第５の実施の形態に係る流量制御装置の軸線方向に沿った縦断面図である。
【図２３】図２２に示すベース部の分解斜視図である。
【図２４】第３プレートに設けられた整流機構を示す部分切り欠き拡大図である。
【図２５】整流機構が設けられていない場合の作用を示す概略構造図である。
【図２６】整流機構が設けられた場合の作用を示す概略構造図である。
【符号の説明】
【００７６】
１０、１０ａ、１００、１００ａ、２００、２００ａ、３００、４００…流量制御装置
１２…圧力流体入力ポート          １４、１４ａ〜１４ｃ…圧力流体出入ポート
１６…圧力センサポート            １８…ベース部
２０…圧力制御部                  ２２…流路切換部
２４ａ〜２４ｅ、３０６ｃ、３０６ｅ、４０３ａ〜４０３ｅ…プレート
２６…弁体                        ２８、２８ａ〜２８ｄ…着座部
３０、３４、３６、３８、４０、４２、４４…通路
４６ａ〜４６ｃ…オン／オフ弁      ４８ａ〜４８ｃ、３０２…オリフィス
５０ａ〜５０ｄ…接続ポート        ６４…リニアソレノイドバルブ
７０…ピストン                    ７２…ピストンロッド
７４…ばね部材                    ７６…電磁弁
７８、７８ａ〜７８ｃ…圧力センサ  ８０…チャンバ
１０２…流路切換制御部            ４０２…流量センサ
４０４…整流機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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